[发明专利]解决复杂电气故障的模态解析方法

说明书

本发明提供了一种解决复杂电气故障的模态解析方法。其特点是，包括如下步骤：(1)采用以本征正交分解为核心的算法对电气数据进行高维降解处理；(2)然后进行配套分析，具体包括能量占比分析、对模态系数随时间步的变化进行可视化显示分析、配合频率模态分析和模态系数的李萨如图形分析。本发明的有益效果还包括：1、可以获得尽可能多的故障参数信息，为高级算法提供高质量的数据分析基础；2、为电气故障数据分析提供一个具有成熟流程的信息算法；3、为电气大数据平台提供有力决策信息。

技术领域

本发明涉及一种解决复杂电气故障的模态解析方法。

背景技术

电力系统是由生产、输送、分配和消费电能的发电机、变压器、线路和用户组成的，是将一次能源转换成电能并输送与分配至各用户的一个统一系统。由于电力系统在国民经济中及人民生活中占着重要地位，因此电力系统故障分析方法的研究一直备受人们的重视。在现在的故障判断方式是通过傅里叶变换进行频率分析，若高频分量所贡献的能量大于某一阈值则认为该系统故障，通过识别其他的特点，如过电流或零序过压等进行相应的保护措施，这样的模式对于普通的短路故障或常见故障可以起到很好匹配的作用，但是遇到一些非常见故障会进行误判断以及没法确定故障原因的问题出现。

电力系统故障处理过程就是从系统中确定分析的故障区域，尽可能地缩小范围。然后，从被分析区域的某些检测量中得到故障征兆信息，经过对这些前期信息进行分析处理，根据保护动作的信号，判断故障发生的具体位置，进而将故障元件与非故障网络进行隔离，再采用实时结线的方法来识别故障前后的系统拓扑结构，之后找出这两个系统拓扑结构的差异，便可以识别出故障发生区域的一些简单故障，甚至可以直接识别出发生故障的元件。以现有的体系可以详细了解到一些非复杂故障的机理和故障原因，但是对于一些很复杂的故障，例如电气信号的长时间不稳定波动等就很难做出很有凭据的机理分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决复杂电气故障的模态解析方法，能够获得尽可能多的故障参数信息，在进行故障分析和电气智能决策中使用该方法配合频率模态分解方法可以进行更加详细的故障分析以及提供更准确的保护启动决策。

一种解决复杂电气故障的模态解析方法，其特别之处在于，包括如下步骤：

(1)采用以本征正交分解为核心的算法对电气数据进行高维降解处理；

(2)然后进行配套分析，具体包括能量占比分析、对模态系数随时间步的变化进行可视化显示分析、配合频率模态分析和模态系数的李萨如图形分析。

步骤(1)具体是收集所需不稳定的电气数据段，对电气数据段进行降阶分解成为一个只与时间相关的函数和一个只与空间相关的函数的展开式序列即

式中，代表去除时均值的变量的波动量，a_i(t)代表模态系数，单位为所分析变量的单位；φ_i(x,y)为无量纲的空间特征函数，对该序列进行矩阵的本征正交分解，分解得到系数矩阵以及模态矩阵。

步骤(2)中能量占比分析具体是根据模态分解原理，首先需要知道多少阶模态可以包含原始电气场中的绝大部分信息，即需要得到各阶POD 模态，根据POD求解过程，通过求解协方差矩阵R的特征值λ_i，并且将其按照从大到小的顺序进行排列，从而得到各阶POD模态所占的比例份额大小并据此确立足以包含原始电气数据绝大部分信息的模态阶数。

步骤(2)中对模态系数随时间步的变化进行可视化显示分析具体是，建立相应的模态系数随着时间步进行变化的曲线，其中模态系数对于瞬时电气场的意义是指该电气数据对该模态的投影，也就是指该瞬时电气数据被该模态所捕获的能量大小。

步骤(2)中配合频率模态分析具体是采用联合频率模态分析方法即快速傅里叶变换，通过分析出两种模态之间的相同特征点和差异较大特征点来提供可供分析决策的信息。